[发明专利]在厌氧反应体系中添加生物炭促进中链脂肪酸产出的方法

说明书

本发明涉及在厌氧反应体系中添加生物炭促进中链脂肪酸产出的方法，选择厌氧反应器培养后的二沉池浓缩污泥作为底物，将接种物和底物混合，在厌氧环境下，加入乙醇和生物炭，产出高浓度的中链脂肪酸。与现有技术相比，本发明解决了现有污泥在厌氧发酵过程中有机质和电子传输利用率低，高浓度反应底物和产物对微生物造成毒性影响等问题，为污泥厌氧发酵处理工艺提供了新思路。

技术领域

本发明属于环境工程，微生物发酵技术领域，具体涉及一种利用生物炭提高废弃活性污泥厌氧发酵中链脂肪酸产量的方法。

背景技术

由于人口数量的不断增长和工业革命的快速发展，化石能源逐渐枯竭并对环境问题造成了不利影响。另一方面，有机废弃物产量日益增多，处理困难，亟待解决。因此，如何将有机废弃物转化为可再生能源是当前社会关注和研究的热点。目前，通过厌氧消化产出的生物资源(甲烷，脂肪酸)将有机废弃物和化学需氧量(COD)有效转化结合在一起，吸引了众多科研工作者的注意。其中污水处理厂产出的主要副产物—废弃活性污泥，据统计，在2018年总量达到4646万吨，其中含有的COD值约为25～60g/L，具有巨大的应用价值。中链脂肪酸是污泥厌氧消化的产物之一，与目前研究最多的甲烷相比，中链脂肪酸具有能量密度高，运输方便，可作为能源燃料的前导物等优势，除此，甲烷是一种温室效应气体，导致温室效应的潜能是二氧化碳的30倍，因此，中链脂肪酸是一种更优越的污泥资源化产物。

目前，污泥厌氧发酵制备中链脂肪酸研究过程中，面临以下问题：(1)参与厌氧发酵产酸的微生物较为脆弱，易受到发酵底物和酸性产物的毒性影响，底物或产物浓度过高时，活性减弱，进一步影响中链脂肪酸的高浓度产出；(2)厌氧微生物代谢速率较为缓慢，对底物中的有机质电子传输效率低，造成反应产出的中链脂肪酸产量十分有限；(3)污泥底物消化一般经过溶解，水解，酸化，产甲烷化四个过程，当以中链脂肪酸为目标产物时，须采取有效的甲烷抑制方法。综上，提高微生物发酵活性，促进有机底物电子传递，抑制产甲烷化等因素对促进污泥厌氧发酵产中链脂肪酸的反应起着关键作用。但是，在迄今为止有关污泥厌氧发酵产中链脂肪酸的反应过程中，利用生物炭促进污泥厌氧发酵产中链脂肪酸产量的相关研究目前未见报道。只有中国专利CN106834365A公开了利用由污泥经水热方法制备的生物炭促进污泥厌氧发酵产生短链脂肪酸的方法，其具体方法包括以下步骤：以污水处理厂的剩余污泥作为厌氧发酵基质并外加一定量的由水热方法制备的生物炭，中温搅拌条件下进行厌氧发酵。但该反应只能利用污泥中的有机物作为反应底物进行厌氧发酵，其最终产物为短链脂肪酸。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简易可行、效果优良的利用生物炭促进污泥厌氧发酵产中链脂肪酸的方法，以解决现有污泥在厌氧发酵过程中微生物活性差，有机物利用率较低，反应底物和酸性产物浓度低等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种采用生物炭促进污泥厌氧发酵产中链脂肪酸的方法，选用城市污水处理厂中的二沉池污泥作为底物，通过在厌氧微生物反应器中添加适量的生物炭，加入生物炭提高有机质和电子传输，并为反应底物和产物提供结合位点，避免对微生物产生毒性影响，促进中链脂肪酸的产出，提高了污泥厌氧发酵效率，促进城市污泥中的有机废弃物转化为中链脂肪酸形式的生化物质，实现资源化处理效率的提升。主要采用以下步骤实现：

(1)利用反应器对污泥进行驯化培养，反应器在接种污泥前用氮气吹扫，使反应器内部处于完全厌氧环境。反应器外型呈圆柱形，总体积为1.5L，外设水浴夹层，反应器上部设有排气口，进泥口，污泥经厌氧消化后从下部出泥口排出。反应器排气口连接湿式气体流量计，对产气量进行检测；

(2)厌氧发酵罐驯化后的污泥作为接种物接种到反应血清瓶中，并在血清瓶中加入上述反应器培养后的二沉池浓缩污泥作为底物，加入乙醇以及生物炭，充入氮气，调节pH，对血清瓶进行密封，并加塞密封，放入恒温震荡箱中培养，对气体成分和液体产物进行检测。每种反应条件设置3个平行样。